Основные принципы действия релейной защиты

Токовые защиты. Защиты, для которых воздействующей вели­чиной является ток, проходящий в месте их включения, получили название токовых. Первыми токовыми защитами, и вообще пер­выми защитами, были плавкие предохранители.

В настоящее время, наряду с плавкими предохранителями, ши­роко используют аппараты, получившие название реле. Они позво­ляют выполнять более совершенные защиты. Реле тока являются основными реле токовой защиты. Они приходят в действие при от­клонении величины тока в защищаемом элементе от заданного зна­чения. Реле, действующее при возрастании тока, называется макси­мальным реле тока, а реле, реагирующее на снижение этой величины, - минимальным реле тока. Токовые защиты выполняют с включением реле на полные фазные токи, а также на симметрич­ные составляющие этих токов.

В зависимости от способа обеспечения селективности токовые защиты делятся на максимальные токовые и токовые отсечки. В первом случае селективность защиты достигается выбором выдержки времени, тем большей, чем ближе к источнику питания расположена защита, во втором - соответствую­щим выбором тока, при котором защита срабатывает.

Рис. 1.1. Схема размещения за­щит в радиальной сети с односто­ронним питанием

Рассмотрим действие токовой защиты в радиальной сети с одно­сторонним питанием (рис. 1.1). Комплекты защит 1, 2, 3 установ­лены в начале каждой линии со стороны источника питания. Каж­дая из защит действует на отключение соответствующей линии при повреждении на ней или на шинах противоположной подстанции. В нормальном режиме работы сети ни одна из защит не должна срабатывать. Для этого ток срабатывания защиты Iсз принимает­ся большим, чем ток, проходящий по защищаемому участку в нор­мальном режиме. Под током срабатывания понимают минималь­ный первичный ток защищаемого аппарата, при котором защита срабатывает; ток же, проходящий при этом по обмотке реле, на­зывают током срабатывания реле Iср.

При возникновении короткого замыкания, например в точке К, по участкам сети между источником питания и местом поврежде­ния проходит ток повреждения. Этот ток протекает в защитах 1, 2, 3, которые могут прийти в действие. Однако по условию селективно­сти сработать на отключение должна только защита 3. Такое от­ключение может быть обеспечено как максимальной токовой за­щитой, так и токовой отсечкой.

Для рассматриваемой сети, защищенной максимальной токовой защитой, это достигается благодаря тому, что защита 3, ближе рас­положенная к точке короткого замыкания, имеет меньшую выдер­жку времени. После отключения поврежденного участка прохож­дение токов короткого замыкания по неповрежденным линиям прекращается. Их защиты 1 и 2, имеющие выдержки времени, большие, чем защита 3, не успе­вают срабатывать на отключе­ние.

Рис.2

Максимальные токовые за­щиты могут выполняться с вы­держками времени, не завися­щими от тока в защищаемое участке (рис. 2, кривая 1). Та­кие защиты при повреждении в любой точке защищаемого уча­стка действуют с постоянной, не зависимой от тока выдержкой времени. В их схемах выдержка

Рис. 2. Характеристики выдержек времени максимальных токовых защит времени, как правило, создается специальным реле времени. Такая защита называется защитой с независимой характеристикой време­ни. срабатывания.

Наряду с этим максимальные токовые защиты могут выполнять­ся с выдержками времени, зависящими от величины тока в защищае­мом участке. Время срабатывания токовой защиты не остается по­стоянным с изменением тока в ней. По мере увеличения тока время срабатывания уменьшается (см. рис. 2, кривая 2). Такой характер изменения выдержек времени имеет максимальная токовая защита, выполненная, например, индукционными реле тока или плавкими предохранителями. Такая защита называется защитой с зависимой или с ограниченно зависимой характеристикой времени срабатывания.

По мере удаления точки короткого замыкания от источника пи­тания ток повреждения в месте установки защиты уменьшается. Выбирая ток срабатывания защиты большим, чем максимальный ток, проходящий через нее при коротком замыкании в начале сле­дующего, более удаленного от источника питания участка, мож­но выполнить защиту, действующую на отключение только при повреждении на защищаемом участке. Так обеспечивается селек­тивное действие токовой отсечки. Достоинством токовой отсечки является то, что она действует без выдержки времени, однако за­щищает только часть линии, расположенную ближе к источнику питания.

Разновидность токовой отсечки - токовая отсечка с выдержкой времени; в ней используют оба способа обеспечения селективности.

Защиты напряжения. Для защиты напряжения воздействующей величиной является напряжение цепи в месте включения защиты. Основное реле защиты - реле напряжения, которое приходит в дей­ствие при отклонении величины напряжения от заданного значения.

Защита, срабатывающая при уменьшении напряжения, называ­ется минимальной защитой напряжения. Основным ее реле является минимальное реле напряжения. Защита, предназначенная для дей­ствия при превышении напряжением заданной величины, называ­ется максимальной защитой напряжения; для ее выполнения исполь­зуют максимальное реле напряжения.

Защиту можно выполнить с включением реле на полные фазные и междуфазные напряжения, а также на симметричные составляю­щие этих напряжений. Селективное действие защиты напряжения обеспечивается теми же способами, что и у токовых защит.

Токовые направленные защиты. Токовая направленная защита действует в зависимости от величины тока и его фазы по отноше­нию к напряжению на шинах подстанции, где защита установлена. Защита срабатывает, если ток превысит заданную величину, а его фаза будет соответствовать короткому замыканию на защищаемом элементе. Такое действие обеспечивается включением в схему за­щиты наряду с реле тока реле мощности, реагирующего на направ­ление мощности КЗ.

Токовые направленные защиты, так же как и ненаправленные, бывают с выдержкой времени и мгновенного действия и могут вы­полняться реагирующими на полные напряжения и токи фаз или на их симметричные составляющие.

Дистанционные защиты. При КЗ в связи с увеличением тока I в защищаемом элементе и уменьшением напряжения U отношение U/I уменьшается по величине. Поэтому защиту от КЗ можно выпол­нить с учетом изменения величины этого отношения. Такая защита называется дистанционной. Основным ее органом является реле со­противления. Схему защиты выполняют так, что ее выдержка вре­мени находится в зависимости от расстояния между местом уста­новки защиты и точкой КЗ; с увеличением этого расстояния растет и выдержка времени.

Дифференциальные защиты. Дифференциальная защита основа­на на принципе сравнения токов или фаз токов по концам защища­емого участка или в соответствующих ветвях параллельно соеди­ненных элементов электрической установки. Связь между сравни­ваемыми токами осуществляется проводами. Дифференциальный принцип позволяет выполнять защиту, как правило, быстродейству­ющей.

Высокочастотные защиты. Высокочастотная защита используется в качестве защиты магистральных линий электропередачи. Как и дифференциальная защита, она основана на принципе сравнения между собой однородных электрических величин по концам защи­щаемой линии. Связь между сравниваемыми величинами осуществ­ляется обычно с помощью токов высокой частоты. В качестве ли­нии связи используется сама защищаемая линия. Высокочастотный принцип позволяет выполнить защиту быстродействующей.